特許ウォッチ

公開番号2023178275
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-12-14
出願番号2023091922
出願日2023-06-02
発明の名称ヒンジ構造、折紙構造体
出願人国立大学法人東京大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類E04C 2/30 20060101AFI20231207BHJP(建築物)
要約【課題】曲げ変形の自由度を確保しつつ、パネル部材の曲げ動作時の回転中心を維持し易くすることが可能なヒンジ構造を提供する。
【解決手段】ヒンジ構造40は、第1パネル部材20及び第2パネル部材30を連結し、第1ヒンジ部41及び第2ヒンジ部42を備える。第1ヒンジ部41は、一端部が第1パネル部材20に連結される変形部411と、一端部が第2パネル部材30に連結される変形部413と、変形部411,412の間に設けられる変形部412と、変形部411,412を連結する連結部414と、変形部412,413を連結する連結部415と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１パネル部材及び第２パネル部材を第１方向に連結するヒンジ構造であって、
前記第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、
前記第１パネル部材と前記第２パネル部材との間に前記第１方向に挟まれるように設けられるとともに、前記第２方向に並べて配置される第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を備え、
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部は、
前記第１方向の一端部が前記第１パネル部材に連結されるとともに、前記第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低い第１変形部と、
前記第１方向の一端部が前記第２パネル部材に連結されるとともに、前記第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低い第２変形部と、
前記第２方向において前記第１変形部と前記第２変形部との間に設けられ、前記第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低い第３変形部と、
前記第１変形部の他端部と前記第３変形部の一端部とを連結する第１連結部と、
前記第２変形部の他端部と前記第３変形部の他端部とを連結する第２連結部と、をそれぞれ有し、
前記第１変形部、前記第２変形部、及び前記第３変形部は、前記第１方向に所定の幅を有するように形成されている
ヒンジ構造。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
前記第１変形部、前記第３変形部、及び前記第２変形部は、この順で前記第２方向に並べて配置されており、
前記第１ヒンジ部の前記第１連結部と前記第２ヒンジ部の前記第１連結部とが互いに連結されている、あるいは、前記第１ヒンジ部の前記第１変形部と前記第２ヒンジ部の前記第１変形部が共有されている、
請求項１に記載のヒンジ構造。
【請求項３】
前記第１変形部、前記第２変形部、及び前記第３変形部には、前記第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低くなるように、前記第２方向に長手方向を有するスリットが複数形成されている
請求項１に記載のヒンジ構造。
【請求項４】
前記第１変形部、前記第２変形部、及び前記第３変形部には、前記第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低くなるように、前記第２方向に長手方向を有する凹状の溝が複数形成されている
請求項１に記載のヒンジ構造。
【請求項５】
第１パネル部材及び第２パネル部材を第１方向に連結するヒンジ構造であって、
前記第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、
前記第１パネル部材と前記第２パネル部材との間に前記第１方向に挟まれるように設けられるとともに、前記第２方向に並べて配置される第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を備え、
前記第１パネル部材と前記第２パネル部材との中間に位置して、前記第２方向に平行な軸線を所定の軸線とするとき、
前記第１ヒンジ部は、
前記第１方向の一端部が前記第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記所定の軸線上の第１中心点を通る第１変形部と、
前記第１変形部に対して前記第１中心点を挟んで前記第２方向の反対側に設けられ、前記第１方向の一端部が前記第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第１中心点を通る第２変形部と、
前記第１中心点を通るように設けられ、前記第１変形部の前記第１方向の他端部と、前記第２変形部の前記第１方向の他端部とを連結する第１連結部と、を有し、
前記第１変形部及び前記第２変形部は、前記第１中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されており、
前記第２ヒンジ部は、
前記第１方向の一端部が前記第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が、前記第１中心点とは異なる、前記所定の軸線上の第２中心点を通る第３変形部と、
前記第３変形部に対して前記第２中心点を挟んで前記第２方向の反対側に設けられ、前記第１方向の一端部が前記第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第２中心点を通る第４変形部と、
前記第２中心点を通るように設けられ、前記第３変形部の前記第１方向の他端部と、前記第４変形部の前記第１方向の他端部とを連結する第２連結部と、を有し、
前記第３変形部及び前記第４変形部は、前記第２中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されている
ヒンジ構造。
【請求項６】
前記第１変形部及び前記第２変形部は、前記第１中心点を中心に扇形状に延びるように形成されており、
前記第３変形部及び前記第４変形部は、前記第２中心点を中心に扇形状に延びるように形成されている
請求項５に記載のヒンジ構造。
【請求項７】
前記第１変形部及び前記第２変形部には、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第１中心点を通るように、前記第１中心点を中心とする径方向に長手方向を有するスリットが複数形成されており、
前記第３変形部及び前記第４変形部には、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第２中心点を通るように、前記第２中心点を中心とする径方向に長手方向を有するスリットが複数形成されている
請求項５に記載のヒンジ構造。
【請求項８】
前記第１変形部及び前記第２変形部には、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第１中心点を通るように、前記第１中心点を中心とする径方向に長手方向を有する凹状の溝が複数形成されており、
前記第３変形部及び前記第４変形部には、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第２中心点を通るように、前記第２中心点を中心とする径方向に長手方向を有する凹状の溝が複数形成されている
請求項５に記載のヒンジ構造。
【請求項９】
第１パネル部材及び第２パネル部材を第１方向に連結するヒンジ構造であって、
前記第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、
前記第１パネル部材と前記第２パネル部材との間に前記第１方向に挟まれるように設けられるとともに、前記第２方向に並べて配置される第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を備え、
前記第１パネル部材と前記第２パネル部材との中間に位置して、前記第２方向に平行な軸線を所定の軸線とするとき、
前記第１ヒンジ部は、
前記第１方向の一端部が前記第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記所定の軸線上の第１中心点を通る第１変形部と、
前記第１方向の一端部が前記第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第１中心点を通る第２変形部と、
前記第２方向において前記第１変形部と前記第２変形部との間に設けられ、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第１中心点を通る第３変形部と、
前記第１変形部の他端部と前記第３変形部の一端部とを連結する第１連結部と、
前記第２変形部の他端部と前記第３変形部の他端部とを連結する第２連結部と、を有し、
前記第１変形部、前記第２変形部、及び前記第３変形部は、前記第１中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されており、
前記第２ヒンジ部は、
前記第１方向の一端部が前記第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第１ヒンジ部の中心点とは異なる、前記所定の軸線上の第２中心点を通る第４変形部と、
前記第１方向の一端部が前記第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第２中心点を通る第５変形部と、
前記第２方向において前記第４変形部と前記第５変形部との間に設けられ、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が前記第２中心点を通る第６変形部と、
前記第４変形部の他端部と前記第６変形部の一端部とを連結する第３連結部と、
前記第５変形部の他端部と前記第６変形部の他端部とを連結する第４連結部と、を有し、
前記第４変形部、前記第５変形部、及び前記第６変形部は、前記第２中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されている
ヒンジ構造。
【請求項１０】
前記第１変形部、前記第２変形部、及び前記第３変形部は、前記第１中心点を中心に扇形状に延びるように形成されており、
前記第４変形部、前記第５変形部、及び前記第６変形部は、前記第２中心点を中心に扇形状に延びるように形成されている
請求項９に記載のヒンジ構造。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒンジ構造、及び折紙構造体に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、下記の特許文献１に記載の容器がある。この容器は、合成樹脂製の複数のシート材と、隣り合うシート材を連結するヒンジ部とを有している。この容器は、ヒンジ部が曲げ変形することにより折り畳むことが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００６－１６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の容器は、ヒンジ部が幅を持つため、曲げやねじり変形し易い構造、換言すればヒンジ部の変形の自由度が高い構造であるため、曲げ変形以外の不要な変形、例えば伸び変形や、ねじり変形等がヒンジ部に発生する可能性がある。さらに、曲げ変形部が幅を持つため、一つの回転軸まわりの回転変形動作とはならない、すなわち回転中心を維持しない。これが、ヒンジ部の曲げ動作の精度を悪化させる要因となっている。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、曲げ変形の自由度を確保しつつ曲げ変形以外の不要な変形の自由度を低減させ、またパネル部材の曲げ動作時の回転中心を維持し易くすることが可能なヒンジ構造及び折紙構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するヒンジ構造は、第１パネル部材及び第２パネル部材を第１方向に連結するヒンジ構造であって、第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、第１パネル部材と第２パネル部材との間に第１方向に挟まれるように設けられるとともに、第２方向に並べて配置される第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を備える。第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部は、第１方向の一端部が第１パネル部材に連結されるとともに、第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低い第１変形部と、第１方向の一端部が第２パネル部材に連結されるとともに、第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低い第２変形部と、第２方向において第１変形部と第２変形部との間に設けられ、第１方向に対する曲げ剛性がその他の方向の曲げに対して低い第３変形部と、第１変形部の他端部と第３変形部の一端部とを連結する第１連結部と、第２変形部の他端部と第３変形部の他端部とを連結する第２連結部と、をそれぞれ有する。第１変形部、第２変形部、及び第３変形部は、第１方向に所定の幅を有するように形成されている。
【０００７】
この構成によれば、第１方向に所定の幅を有する第１変形部、第２変形部、及び第３変形部の全体が変形するため、各変形部が弾性変形可能な範囲で折り曲げ変形を実現することができる。すなわち、コンプライアントなメカニズムにより曲げ変形を実現することができるため、曲げ変形の自由度を確保することが可能である。一方、各変形部が曲げ変形する際に、第１変形部、第２変形部、第３変形部、第１連結部、及び第２連結部により構成される連結構造により、第１パネル部材及び第２パネル部材が所定の軸線を中心として回転するように変位する。そのため、第１パネル部材及び第２パネル部材の曲げ動作時の回転中心を維持し易くすることも可能となる。さらに、第１変形部、第２変形部、第３変形部が、第１方向に対する曲げ剛性以外の曲げ剛性が高い特性を有しているため、第１パネル部材及び第２パネル部材の曲げ動作以外の自由度が低減される。
【０００８】
上記課題を解決する他のヒンジ構造は、第１パネル部材及び第２パネル部材を第１方向に連結するヒンジ構造であって、第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、第１パネル部材と第２パネル部材との間に第１方向に挟まれるように設けられるとともに、第２方向に並べて配置される第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を備える。第１パネル部材と第２パネル部材との中間に位置して、第２方向に平行な軸線を所定の軸線とするとき、第１ヒンジ部は、第１方向の一端部が第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が所定の軸線上の第１中心点を通る第１変形部と、第１変形部に対して第１中心点を挟んで第２方向の反対側に設けられ、第１方向の一端部が第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第１中心点を通る第２変形部と、第１中心点を通るように設けられ、第１変形部の第１方向の他端部と第２変形部の第１方向の他端部とを連結する第１連結部と、を有する。第１変形部及び第２変形部は、第１中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されている。第２ヒンジ部は、第１方向の一端部が第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が、第１中心点とは異なる、所定の軸線上の第２中心点を通る第３変形部と、第３変形部に対して第２中心点を挟んで第２方向の反対側に設けられ、第１方向の一端部が第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第２中心点を通る第４変形部と、第２中心点を通るように設けられ、第３変形部の第１方向の他端部と、第４変形部の第１方向の他端部とを連結する第２連結部と、を有する。第３変形部及び第４変形部は、第２中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されている。
【０００９】
この構成によれば、第１中心点を通る周方向に所定の幅を有する第１変形部及び第２変形部の全体、並びに第２中心点を通る周方向に所定の幅を有する第３変形部及び第４変形部の全体が変形するため、各変形部が弾性変形可能な範囲で折り曲げ変形を実現することができる。すなわち、コンプライアントなメカニズムにより曲げ変形を実現することができるため、曲げ変形の自由度を確保することが可能である。一方、各変形部が曲げ変形する際に、第１パネル部材及び第２パネル部材が所定の軸線を中心として回転するように変位する。そのため、第１パネル部材及び第２パネル部材の曲げ動作時の回転中心を維持し易くすることも可能となる。さらに、第１変形部及び第２変形部が、第１中心点を通る弱軸以外の軸に対して高い曲げ剛性を有し、且つ第３変形部及び第４変形部が、第２中心点を通る弱軸以外の軸に対して高い曲げ剛性を有しているため、第１パネル部材及び第２パネル部材の曲げ動作以外の自由度が低減される。
【００１０】
上記課題を解決する他のヒンジ構造は、第１パネル部材及び第２パネル部材を第１方向に連結するヒンジ構造であって、第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、第１パネル部材と第２パネル部材との間に第１方向に挟まれるように設けられるとともに、第２方向に並べて配置される第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を備える。第１パネル部材と第２パネル部材との中間に位置して、第２方向に平行な軸線を所定の軸線とするとき、第１ヒンジ部は、第１方向の一端部が第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が所定の軸線上の第１中心点を通る第１変形部と、第１方向の一端部が第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第１中心点を通る第２変形部と、第２方向において第１変形部と第２変形部との間に設けられ、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第１中心点を通る第３変形部と、第１変形部の他端部と第３変形部の一端部とを連結する第１連結部と、第２変形部の他端部と第３変形部の他端部とを連結する第２連結部と、を有する。第１変形部、第２変形部、及び第３変形部は、第１中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されている。第２ヒンジ部は、第１方向の一端部が第１パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第１ヒンジ部の中心点とは異なる、所定の軸線上の第２中心点を通る第４変形部と、第１方向の一端部が第２パネル部材に連結されるとともに、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第２中心点を通る第５変形部と、第２方向において第４変形部と第５変形部との間に設けられ、曲げ剛性に異方性を有し、且つその弱軸が第２中心点を通る第６変形部と、第４変形部の他端部と第６変形部の一端部とを連結する第３連結部と、第５変形部の他端部と第６変形部の他端部とを連結する第４連結部と、を有する。第４変形部、第５変形部、及び第６変形部は、第２中心点を中心とする周方向に所定の幅を有するように形成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許